Voiko metsäteollisuuden sivuvirta tehdä ylijäämäsavesta käyttökelpoisemman?
Voisiko työmailta kaivettua ylijäämäsavea hyödyntää nykyistä paremmin infrarakentamisessa? Turun ammattikorkeakoulussa tehdyssä opinnäytetyössä tutkittiin, voidaanko metsäteollisuuden sivuvirtana syntyvää nollakuitua käyttää saven ominaisuuksien parantamiseen. Tulokset viittaavat siihen, että nollakuitu voi vahvistaa saven rakennetta ja vähentää sen kuivumisen aikana tapahtuvaa halkeilua. (Kuusilehto, 2026).
Rakennustyömailla syntyy vuosittain suuria määriä ylijäämämaita, joita pyritään hyödyntämään mahdollisuuksien mukaan. Infrarakentamisessa tavoitteena on etsiä enenemissä määrin uusia tapoja vähentää neitseellisten luonnonvarojen käyttöä ja hyödyntää erilaisia sivuvirtoja. Kiinnostava mahdollisuus on hyödyntää kaivusavea yhdessä metsäteollisuuden sivuvirran nollakuidun kanssa.
Nollakuitua syntyy paperin valmistuksen jätevesiprosessin esiselkeytyksessä. Se on orgaaninen ja kuitupitoinen metsäteollisuuden sivuvirta, jota voidaan hyödyntää esimerkiksi maanparannusaineena maatalouskäytössä. Nollakuidun hyödyntäminen saven yhteydessä voisi tarjota sille uuden käyttökohteen sekä parantaa ylijäämäsaven hyödynnettävyyttä.
Savi on haastava rakennusmateriaali
Savi on luonnonmateriaali ja sitä on helposti saatavilla. Sen käyttöä infrarakentamisessa rajoittavat kuitenkin materiaalin heikko lujuus ja kuivumisen aikana tapahtuva kutistumisen aiheuttama halkeilu.
Erityisesti kaivetussa, eli märässä ja häiriintyneessä, savessa leikkauslujuus on hyvin heikko. Kun savi kuivuu, siitä poistuu vettä ja materiaali kutistuu. Kutistumisen seurauksena syntyy jännityksiä, joita saven alhainen vetolujuus ei pysty vastustamaan. Tämän seurauksena savi halkeilee.
Voisiko nollakuitu estää kuivumisen aiheuttamia jännityksiä?
Aiemmissa tutkimuksissa erilaisia kuituja on käytetty savipohjaisten materiaalien vahvistamiseen. Myös tämän opinnäytetyön lähtökohtana oli ajatus siitä, että nollakuitu voisi parantaa saven käyttäytymistä kuivumisen aikana. Vaikka nollakuitu ei varsinaisesti ole kuitu, lähtöajatuksena oli, että se voisi toimia kosteutta tasaavana materiaalina ja vähentää kuivumiskutistumaa.
Laboratoriossa savi sai joukkoonsa nollakuitua
Tutkimuksessa valmistettiin savesta ja nollakuidusta koekappaleita Turun ammattikorkeakoulun rakennuslaboratoriossa, joiden annettiin kuivua huoneenlämmössä. Koekappaleet olivat palkkeja ja kuutioita. Saven joukkoon lisättiin kahta eri nollakuitua eri määriä, minkä jälkeen koekappaleiden kuivumista, halkeilua ja lujuusominaisuuksia seurattiin. Toinen nollakuidusta oli silppumaista (Kuva 1) ja toinen purumaista (kuva 2). Palkeista määritettiin taivutus-vetolujuus ja kuutioista määritettiin puristuslujuus.
Kuva 1. Silppumainen nollakuitu
Kuva 2. Purumainen nollakuitu.
Ilman nollakuitua, vain savesta tehty kuivunut palkki halkesi kuivumisen aikana keskeltä (kuva 3). Tämä vahvistaa teoriaa siitä, että savi ei yksistään pysty vastustamaan jännityksiä. Nollakuitua sisältäneet palkit puolestaan säilyivät rakenteellisesti ehjinä, vaikka niiden pinnalla havaittiin hieman halkeilua. Kokeiden pohjalta voitiin olettaa, että nollakuitu pystyy sitomaan savimassaa ja auttaa kuivumisen aiheuttamien jännitysten jakautumisessa.
Kuva 3. Etualalla haljennut palkki, jossa ei nollakuitua. Taka-alalla palkki, jossa saveen sekoitettuna nollakuitua.
Pieni määrä kuitua paransi lujuutta
Saveen lisättiin kahta erilaista nollakuitua yhden ja 1,5 prosentin verran saven kuivapainosta. Jos ilman ilman nollakuitua saven taivutus-vetolujuus oli käytännössä halkeamisen takia nolla, yhden prosentin paperimainen nollakuitulisäys nosti taivutus-vetolujuuden 0,57 MPa:iin. Kun nollakuidun määrää nostettiin 1,5 prosenttiin, lujuus kasvoi 0,63 MPa:iin. Purumaista nollakuitua sisältäneessä koekappaleessa saavutettiin suurin arvo, 0,73 MPa.
Samanlaista oli havaittavissa puristuslujuuksien tuloksissa. Kun nollakuidun määrää lisäsi, puristuslujuus kasvoi. Yhden prosentin nollakuitua sisältäneiden kuutioiden keskimääräinen puristuslujuus oli noin 1,89 MPa ja 1,5 prosentin seoksessa vastaava tulos oli noin 2,07 MPa.
Tulokset ovat suuntaa antavia, sillä koekappaleiden määrä oli rajallinen. Ne kuitenkin antavat viitteitä siitä, että nollakuidulla on positiivinen vaikutus saven lujuusominaisuuksiin.
Laboratoriosta kenttäkokeeseen
Tutkimuksessa valmistettiin Kiertomaa Oy:n materiaaliterminaalilla kolme noin kuutiometrin kokoista savi-nollakuituseoksesta tehtyä kuutiota. Niissä käytettiin yhden prosentin verran purumaista nollakuitua saven kuivapainosta. Suurien kuutioiden lujuuden tarkkailua kuivumisvaiheessa tehtiin Loadman-mittauksilla.
Kuivumisen edetessä Loadman-laitteella määritetty kuutioiden jäykkyys kasvoi. E3-arvot olivat noin kahden kuukauden kohdalla 70–85 MPa ja myöhemmissä mittauksissa noin 86–94 MPa. Samalla kuormituksen aiheuttamat painumat pienenivät. Saavutetut kantavuusarvot olivat samaa suuruusluokkaa kuin tyypillisen tiiviin hiekan tai soran kantavuusarvot (Tiehallinto, ei pvm.). Kappaleet eivät myöskään haljenneet, vaikka kuutioiden pintaosat olivat kevyestä tiivistyksestä johtuen epätasalaatuisia.
Sivuvirrasta uusiokäyttöön
Tehdyn tutkimuksen perusteella savi-nollakuitumateriaalilla voi olla käyttöpotentiaalia ei-kantavissa maavallirakenteissa. Jatkossa olisi hyvä tutkia, miten materiaalin lujuus muuttuu uudelleen kastumisen jälkeen, miten materiaali käyttäytyy routaolosuhteissa ja mikä on rakenteen pitkäikäisyys.
Opinnäytetyön tulokset osoittavat, että metsäteollisuuden sivuvirran ja ylijäämäsaven yhdistelmässä on kiinnostavaa potentiaalia. Seuraava askel on selvittää, miten materiaali käyttäytyy todellisissa sää- ja kosteusolosuhteissa. Kenttäkokeessa tehdyt suuret ja ulkoilmassa kuivuneet kuutiot on tarkoitus hyödyntää syksyllä 2026 rakennettavassa koerakenteessa.
Lähde
Kuusilehto, S. (2026). Nollakuitu savessa maanparannusaineena ja sen käyttömahdollisuudet infrarakentamisessa – Theseus. Opinnäytetyö. Turun ammattikorkeakoulu.